JP4909878B2 - ディスク・ドライブ装置及びそのクリアランス調整方法 - Google Patents
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Description
本発明はディスク・ドライブ装置及びそのクリアランス調整方法に関し、特に、気圧センサを有していないディスク・ドライブ装置に好適なクリアランス調整手法に関する。
ディスク・ドライブ装置として、光ディスク、光磁気ディスク、あるいはフレキシブル磁気ディスクなどの様々な態様のディスクを使用する装置が知られているが、その中で、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）は、コンピュータの記憶装置として広く普及し、現在のコンピュータ・システムにおいて欠かすことができない記憶装置の一つとなっている。さらに、コンピュータにとどまらず、動画像記録再生装置、カーナビゲーション・システムあるいは携帯電話など、ＨＤＤの用途はその優れた特性により益々拡大している。
ＨＤＤで使用される磁気ディスクは、同心円状に形成された複数のデータ・トラックとサーボ・トラックとを有している。各サーボ・トラックはアドレス情報を有する複数のサーボ・データから構成される。また、各データ・トラックには、ユーザ・データを含む複数のデータ・セクタが記録されている。円周方向に離間するサーボ・データの間に、データ・セクタが記録されている。揺動するアクチュエータに支持されたヘッド・スライダのヘッド素子部が、サーボ・データのアドレス情報に従って所望のデータ・セクタにアクセスすることによって、データ・セクタへのデータ書き込み及びデータ・セクタからのデータ読み出しを行うことができる。
磁気ディスクの記録密度を向上には、磁気ディスク上を浮上するヘッド素子部と磁気ディスクとの間のクリアランス（浮上高）及びその変化を小さくすることが重要である。このため、クリアランスを調整するいくつかの機構が提案されている。そのうちの一つは、ヘッド・スライダにヒータを備え、そのヒータでヘッド素子部を加熱することよってクリアランスを調整する（例えば、特許文献１を参照）。本明細書において、これをＴＦＣ（Thermal Flyheight Control）と呼ぶ。ＴＦＣは、ヒータに電流を供給して発熱させ、熱膨張によってヘッド素子部を突出させる。これによって、磁気ディスクとヘッド素子部との間のクリアランスを小さくする。この他、ピエゾ素子を使用してヘッド素子部と磁気ディスクとの間のクリアランスを調整する機構などが知られている。
クリアランスは、温度変化に応じて変化するほか、気圧（高度）の変化に応じて変化する（例えば、特許文献２を参照）。リード／ライトにおけるクリアランス設定値が５ｎｍ以上である場合には、高度変化によるクリアランス変化は、クリアランス・マージンにより対応することができる。しかし、リード／ライトにおいて２あるいは３ｎｍ以下のクリアランスしか存在しない場合、温度変化に加えて、気圧変化に応じてクリアランスを調整することが要求される。
特開２００６−１９０４５４号公報
特開２００６−９２７０９号公報
典型的なＴＦＣは、温度の低下に応じてヒータ・パワーを増加して熱膨張によってヘッド素子部を突出させ、温度低下によるクリアランスの増加を補償する。これに対して、高度が上昇して気圧が低下すると、スライダの浮上高が低下する。このため、気圧の低下によりヘッド素子部と磁気ディスクとの間のクリアランスも減少する。従って、温度が一定であれば、ＴＦＣは気圧の低下に従って突出量を小さくする。
ＨＤＤは、温度に応じて多くのパラメータを設定しており、正確な温度検出はＨＤＤの正常な動作に不可欠なものとなっている。そのため、一般的なＨＤＤは、温度を検出する手段として温度センサを有している。同様に、気圧を検出する手段の一つとして、気圧センサ（高度センサ）が知られている。しかし、気圧センサを使用することはＨＤＤの部材点数の増加となり、また、ＨＤＤのコストも大きく増加する。また、気圧の変化に応じて設定すべきパラメータは、クリアランス調整のためのパラメータ以外にほとんど存在しないため、気圧センサを使用することなく気圧を特定することが好ましい。
上述のように、気圧の変化に応じてクリアランスは変化する。このため、クリアランスを参照することによって、気圧変化を測定することができる。クリアランスを特定するためのいくつかの手法が知られている。典型的手法は、ヘッド素子部のリード信号の振幅から、クリアランス（クリアランス変化）を特定する。クリアランスが小さくなると信号強度が大きくなり、可変ゲイン・アンプのゲインが小さくなる。
このため、可変ゲイン・アンプのゲインを参照することで、信号強度及びクリアランスを特定することができる。より正確なクリアランス特定手法は、リード信号の周波数成分の分解能（レゾリューション）からクリアランスを特定する。あるいは、正確性においては劣るが、スピンドル・モータ（ＳＰＭ）の電流値から気圧を推定することもできる。
気圧センサを使用することなく気圧に応じてクリアランスを調整するためには、上記手法のように、ＨＤＤの動作パラメータ（可変ゲイン・アンプのゲイン、ＳＰＭ電流値など）を参照して、クリアランス変化を特定することが必要となる。しかし、気圧センサと異なり、ＨＤＤの動作パラメータを使用した気圧測定の精度及び信頼性は、高いものではない。不確かな気圧測定は誤ったクリアランス調整の原因となり、ヘッド・ディスク接触を引き起こしヘッド・スライダや磁気ディスクに損傷を与える、あるいは、必要なクリアランス・マージンが確保されずにリード／ライトを行うことでヘッド・ディスク接触によるハード・エラー（回復できないエラー）を引き起こしうる。
本発明の一態様に係るディスク・ドライブ装置は、ディスクにアクセスするヘッドと、前記ヘッドを保持し前記ディスク上で前記ヘッドを移動する移動機構と、前記ヘッドと前記ディスクとの間のクリアランスを調整する調整機構と、温度センサと、少なくとも前記調整機構を制御するコントローラとを有する。前記コントローラは、ディスク・ドライブ装置の動作パラメータのデフォルト値からの変化量における温度変化による変化量を前記温度センサの検出温度を用いて補正した後、補正された前記動作パラメータの変化量によりクリアランス変化量を決定する。さらに、前記クリアランス変化量が基準範囲を越える場合に、前記ヘッドと前記ディスクとの接触の検証をする。そして、前記接触の検証の結果に基づいて、前記クリアランスの調整量を決定する。これにより、気圧センサを使用することなく気圧に応じたクリアランス調整をより的確に行うことができる。
好ましくは、前記動作パラメータは、前記ヘッドが前記ディスクから読み出した信号の振幅から決定されるパラメータである。あるいは、前記動作パラメータは、前記ヘッドが前記ディスクから読み出した信号の異なる周波数成分の比率から決定されるパラメータである。これにより、より正確にクリアランス変化量を決定することができる。
前記コントローラは、前記接触の検証をする際のクリアランスを、決定した前記クリアランス変化量に対応するデフォルト設定のクリアランスよりも小さくなるように前記調整機構を制御することが好ましい。これにより、クリアランス・マージンを含めた適切なクリアランスを実現することができる。さらに、前記コントローラは、前記調整機構による一定調整クリアランス量において前記接触の検証を行うことが好ましい。これにより効率的な処理を行い、パフォーマンスの低下を抑制できる。
前記コントローラは、前記接触の検証において接触を確認した場合、デフォルト設定によるクリアランスよりもクリアランスを高くなるように前記調整機構を制御することが好ましい。これにより、その後の処理における接触をより確実に防ぐことができる。
好ましい例において、前記コントローラは、前記接触の検証において接触を確認すると、デフォルト設定によるクリアランスよりもクリアランスを高くし、前記クリアランスを前記デフォルト設定よりも高くする量は、前記接触の検証において前記クリアランスを前記デフォルト設定よりも小さくする量と同じになるように前記調整機構を制御する。これにより、効率的な処理により、クリアランス・マージンを含めた適切なクリアランスを実現することができる。
前記コントローラは、前記接触の検証を行うか否かを決定する前記クリアランス変化量の基準を、前記クリアランス変化量が前記基準範囲を越えた回数に基づいて変更することが好ましい。これにより、使用環境に応じた適切な処理を行うことができる。好ましくは、前記コントローラは、前記動作パラメータの変化を複数回測定し、その複数回の測定結果に基づいて前記クリアランス変化量が前記基準範囲を越えるかを判定する。これにより、より正確にクリアランス変化量を決定することができる。
本発明の他の態様は、ディスク・ドライブ装置におけるクリアランス調整方法である。この方法は、温度センサにより温度を検出する。ディスク・ドライブ装置の動作パラメータのデフォルト値からの変化量における温度変化による変化量を前記検出温度を用いて補正した後、補正された前記動作パラメータの変化量によりクリアランス変化量を決定する。前記クリアランス変化量が基準範囲を越える場合に、前記ヘッドと前記ディスクとの接触の検証をする。前記接触の検証の結果に基づいて、前記クリアランスの調整量を決定する。これにより、気圧センサを使用することなく気圧に応じたクリアランス調整をより的確に行うことができる。
本発明によれば、気圧センサを使用することなく、気圧に応じたヘッドとディスクとの間のクリアランス調整をより的確に行うことができる。
以下に、本発明を適用した実施の形態を説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。以下においては、ディスク・ドライブ装置の一例であるハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）を例として、本発明の実施形態を説明する。
本形態のＨＤＤは、クリアランス調整機構の一例であるＴＦＣ（Thermal Fly height Control）により、ヘッドの一例であるヘッド素子部とディスクの一例である磁気ディスクとの間のクリアランスを調整する。ＴＦＣは、スライダ上のヒータからの熱によるヘッド素子部の熱膨張によってクリアランスを調整する。本形態のＴＦＣは、気圧変化に応じてクリアランスを調整する。ＨＤＤは温度センサを有しているが、気圧センサを有していない。
ＨＤＤはその動作パラメータの変化からクリアランス変化を決定する。さらに、温度センサの検出温度によって動作パラメータの補正を行うことにより、クリアランス変化の温度補正を行う。ＨＤＤは、これによりクリアランス変化における温度変化分を除き、気圧変化に対応するクリアランス変化を決定する。クリアランスを変化させる環境条件は、温度及び気圧の他に湿度を含むが、実質的な変化は温度と気圧によるものであり、以下において、温度補正を行ったクリアランス変化は、気圧変化によるものであるとして説明する。
本形態のＨＤＤは、気圧変化に応じてＴＦＣによりヒータ・パワーを変化させる場合、ヘッド・スライダと磁気ディスクとの接触（ヘッド・ディスク接触）を検証する。気圧センサと異なり、動作パラメータによる気圧測定（クリアランス測定）の精度及び信頼性は高いものではない。このため、ヘッド・ディスク接触により上記気圧測定の確認を行うことで、その後のリード／ライト動作におけるヘッド・ディスク接触を避け、あるいは、クリアランスのマージンをより確実に確保する。ヘッド・ディスク接触の検証頻度が多すぎることは、ＨＤＤの余分な処理時間が増加するため好ましくない。そこで、本形態のＨＤＤは、気圧変化（クリアランス変化）が予め設定されている閾値を越える場合に、上記ヘッド・ディスク接触の検証を行う。
本形態のＴＦＣ及びヘッド・ディスク接触の検証の詳細を説明する前に、ＨＤＤの全体構成を説明する。図１は、ＨＤＤ１の全体構成を模式的に示すブロック図である。ＨＤＤ１は、エンクロージャ１０内に、データを記憶するディスクである磁気ディスク１１を有している。スピンドル・モータ（ＳＰＭ）は、磁気ディスク１１を所定の角速度で回転する。磁気ディスク１１の各記録面に対応して、磁気ディスク１１にアクセス（リードあるいはライト）するヘッド・スライダ１２が設けられている。アクセスは、リード及びライトの上位概念である。各ヘッド・スライダ１２は、磁気ディスク上を浮上するスライダと、スライダに固定され磁気信号と電気信号との間の変換を行うヘッド素子部とを備えている。
本形態のヘッド・スライダ１２は、熱によってヘッド素子部を膨張・突出させ、磁気ディスク１１との間のクリアランス（浮上高）を調整するＴＦＣのためのヒータを備えている。ヘッド・スライダ１２の構造については、後に図２を参照して詳述する。各ヘッド・スライダ１２はアクチュエータ１６の先端部に固定されている。アクチュエータ１６はボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）１５に連結され、回動軸を中心に回動することによって、ヘッド・スライダ１２を回転する磁気ディスク１１上においてその半径方向に移動する。アクチュエータ１６とＶＣＭ１５とは、ヘッド・スライダ１２の移動機構である。
エンクロージャ１０の外側に固定された回路基板２０上には、回路素子が実装されている。モータ・ドライバ・ユニット２２は、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３からの制御データに従って、ＳＰＭ１４及びＶＣＭ１５を駆動する。ＲＡＭ２４は、リード・データ及びライト・データを一時的に格納するバッファとして機能する。エンクロージャ１０内のアーム電子回路（ＡＥ：Arm Electronics）１３は、複数のヘッド・スライダ１２の中から磁気ディスク１１へのアクセスを行うヘッド・スライダ１２を選択し、その再生信号を増幅してリード・ライト・チャネル（ＲＷチャネル）２１に送る。また、ＲＷチャネル２１からの記録信号を選択したヘッド・スライダ１２に送る。ＡＥ１３は、さらに、選択したヘッド・スライダ１２のヒータへ電力を供給し、その電力量を調節する調節回路として機能する。
ＲＷチャネル２１は、リード処理において、ＡＥ１３から供給されたリード信号を一定の振幅となるように増幅し、取得したリード信号からデータを抽出し、デコード処理を行う。読み出されるデータは、ユーザ・データとサーボ・データとを含む。デコード処理されたリード・ユーザ・データ及びサーボ・データは、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３に供給される。また、ＲＷチャネル２１は、ライト処理において、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３から供給されたライト・データをコード変調し、更にコード変調されたライト・データをライト信号に変換してＡＥ１３に供給する。
コントローラの一例であるＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、リード／ライト処理制御、コマンド実行順序の管理、サーボ信号を使用したヘッド・スライダ１２のポジショニング制御（サーボ制御）、ホスト５１との間のインターフェース制御、ディフェクト管理、エラーが発生した場合のエラー対応処理など、データ処理に関する必要な処理及びＨＤＤ１の全体制御を実行する。特に、本形態のＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、温度センサ１７の検出温度に従って温度応じてＴＦＣを行い、さらに、気圧に応じたＴＦＣを行う。また、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、動作パラメータにより特定された気圧変化が大きい場合、ヘッド・ディスク接触の検証を行う。これらの点については後に説明する。
図２は、ヘッド・スライダ１２の空気流出端面（トレーリング側端面）１２１近傍の構成を示す断面図である。スライダ１２３はヘッド素子部１２２を支持する。ヘッド素子部１２２は、リード素子３２とライト素子３１とを有している。ライト素子３１は、ライト・コイル３１１を流れる電流で磁極３１２間に磁界を生成し、磁気データを磁気ディスク１１に書き込む。リード素子３２は磁気異方性を有する磁気抵抗素子３２ａを備え、磁気ディスク１１からの磁界によって変化する抵抗値によって磁気データを読み出す。
ヘッド素子部１２２は、スライダ１２３を構成するアルチック（ＡｌＴｉＣ）基板に薄膜形成プロセスにより形成される。磁気抵抗素子３２ａは磁気シールド３３ａ、３３ｂによって挟まれており、ライト・コイル３１１は絶縁膜３１３で囲まれている。ライト素子３１とリード素子３２の周囲にアルミナなどの保護膜３４が形成されている。ライト素子３１及びリード素子３２の近傍にはヒータ１２４が存在する。パーマロイなどを使用した薄膜抵抗体を蛇行させ、間隙をアルミナで埋めてヒータ１２４を形成することができる。
ＡＥ１３がヒータ１２４に電流を流すと、ヒータ１２４の熱によってヘッド素子部１２２の近傍が突出変形する。例えば、非加熱時において、ヘッド・スライダ１２のＡＢＳ面３５はＳ１で示される形状であり、ヘッド素子部１２２と磁気ディスクとの間の距離であるクリアランスはＣ１で示されている。ヒータ１２４加熱時における突出形状Ｓ２を、破線で示す。ヘッド素子部１２２が磁気ディスク１１に近づき、このときのクリアランスＣ２はクリアランスＣ１よりも小さい。なお、図２は概念図であり、寸法関係は正確ではない。ヘッド素子部１２２の突出量やクリアランスは、ヒータ１２４に供給するヒータ・パワー値に従って変化する。
以下において、本形態のＴＦＣ及びヘッド・ディスク接触の検証についてより詳細に説明する。上述のように、本形態のＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、温度及び気圧に応じたＴＦＣを行う。ヒータ１２４に加えられるヒータ・パワーＰは、温度に依存するヒータ・パワーＰ（ｔ）と、気圧に依存するヒータ・パワーＰ（ｐ）の和（Ｐ（ｔ）＋Ｐ（ｐ））で表される。なお、定数項はいずれかの数式内に組み込まれ、また、各数式の係数は、温度や気圧などの環境条件、ヘッド・スライダ１２あるいはその半径位置に応じて変化しうる。具体的には、ヒータ・パワーＰは、以下の数式で表される。
Ｐ＝（ＴＤＰ×ｅｆｆ[ＤＥＦＡＵＬＴ]−Ｔａｒｇｅｔ
−ｄｔ×ｔ＿ｃｏｍｐ−ｄｐ×ｐ＿ｃｏｍｐ）／ｅｆｆ
Ｐ＝（ＴＤＰ×ｅｆｆ[ＤＥＦＡＵＬＴ]−Ｔａｒｇｅｔ
−ｄｔ×ｔ＿ｃｏｍｐ−ｄｐ×ｐ＿ｃｏｍｐ）／ｅｆｆ
ｅｆｆはヒータ・パワー効率であり、気圧及び半径位置に応じて変化する。ｅｆｆ[ＤＥＦＡＵＬＴ]はデフォルト条件におけるヒータ・パワー効率である。ＴＤＰはデフォルト条件においてヘッド・スライダ１２と磁気ディスク１１とが接触するヒータ・パワー、Ｔａｒｇｅｔはターゲット・クリアランス、ｄｔはデフォルト条件からの温度変化量、ｔ＿ｃｏｍｐは温度に対するクリアランス変化率、ｄｐはデフォルト条件からの気圧変化、ｐ＿ｃｏｍｐは気圧に対するクリアランス変化率である。ｔ＿ｃｏｍｐとｐ＿ｃｏｍｐの符号は逆である。ＴＤＰ、ｔ＿ｃｏｍｐと及びｐ＿ｃｏｍｐは、典型的には、半径位置により変化する。デフォルト条件は、典型的には、３０℃（室温）、１気圧（高度０ｍ）の環境条件である。
ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、温度センサ１７の検出温度に応じてヒータ・パワーＰを制御する。具体的には、ＨＤＤ１には検出温度とヒータ・パワーとの間の関係を示すデータが設定されており、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、そのデータと検出温度に従って温度に依存するヒータ・パワーを決定する。温度とヒータ・パワーとの関係は、ヘッド・スライダ１２、磁気ディスク１１の半径位置（あるいはゾーン）、気圧に依存する。
本形態のＨＤＤ１は気圧センサを有していないため、気圧を直接に測定することはできない。そのため、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、クリアランスを測定することによって、気圧に応じたＴＦＣを行う。クリアランスは、気圧に応じて変化する。そのため、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３はクリアランスを測定し、そのクリアランス変化から気圧変化ｄｐを特定する。クリアランスは温度によっても変化するため、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、測定したクリアランスから温度変化によるクリアランス変化を補正することで、気圧変化によるクリアランス変化を特定することができる。上述のように、規定のデフォルト温度及び気圧を有するデフォルト条件と、そのデフォルト条件におけるデフォルト・クリアランスを規定することで、各値の変化と現在値とが対応付けられる。
温度補正したクリアランス変化は、気圧変化を表している。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、クリアランス変化による特定されている気圧（気圧変化）に応じて、ヒータ・パワーＰを制御する。具体的には、ＨＤＤ１にはクリアランス変化で表される気圧変化とヒータ・パワーとの間の関係を表すデータが設定されており、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、そのデータと測定した気圧とに従って、気圧に応じたヒータ・パワーを決定する。
本形態のＨＤＤ１は、クリアランス、あるいはデフォルト・クリアランスからのクリアランス変化を、ヘッド・スライダ１２のリード信号から特定する。より具体的には、リード信号のレゾリューション（周波数成分の分解能）から、クリアランスを特定する。例えば、レゾリューションは、リード信号における特定の低周波信号と高周波信号の比で表すことができる。気圧変化あるいは気圧変化によるクリアランス変化を特定するためのいくつかの動作パラメータがあるが、その中において、レゾリューションを使用したクリアランス変化の特定が、最も正確な方法の一つであるからである。クリアランスが小さくなると、リード信号の高周波成分の振幅が大きくなり、信号解像度、つまりレゾリューションが高くなる。
レゾリューションとクリアランスとは線形関係にあり、レゾリューションに適当な線形変換を施すことにより、クリアランスをレゾリューションの一次関数で表すことができる。典型的には、レゾリューションとクリアランスとを結びつける一次関数は、個々のヘッド・スライダ１２毎に異なる。各ヘッド・スライダ１２のレゾリューションとクリアランスとの間の関係は、ＨＤＤ１の製造におけるテスト工程において特定し、その関係に応じた制御パラメータをＨＤＤ１に登録する。
ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、リード信号を解析し、高周波信号ゲイン（振幅）と低周波信号ゲイン（振幅）の比を算出することで、レゾリューションを特定することができる。しかし、その処理をＨＤＣ／ＭＰＵ２３が行うためには、通常動作に必要な機能の他に付加的な機能を必要とする。また、ＭＰＵがその処理を行うには多くの処理時間を必要とする。従って、ＨＤＤ１に実装されている機能を利用してレゾリューションの測定を行うことが好ましい。ＲＷチャネル２１は、リード信号から正確にデータを抽出するために、リード信号の再生波形を調整する機能を有している。ＲＷチャネル２１は、デジタルフィルタを使用してこの波形整形を行う。
ＲＷチャネル２１に実装されるデジタルフィルタにおいて、再生信号の周波数成分を補正するデジタルフィルタ（アダプティブコサイン・フィルタ）が知られている。ＲＷチャネル２１は、リード信号の測定結果からこのフィルタのタップ値を補正する。この補正値はクリアランス（レゾリューション）と一次の関係にあり、レゾリューションを表す値である。なお、このデジタルフィルタは、特開平５−８１８０７や米国特許５１６８４１３に開示されているように既存の技術であり、詳細な説明を省略する。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、この補正値を参照することで、クリアランス変化を特定することができる。以下において、この補正値をＫｇｒａｄと呼ぶ。製造におけるテスト工程において、各ヘッド・スライダ１２に対してＫｇｒａｄとクリアランスとの関係を特定する。
以下の説明において、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、チャネル・パラメータの一つであるＫｇｒａｄを参照してクリアランス（クリアランス変化）を特定するが、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、レゾリューションを表す他のチャネル・パラメータを使用してもよい。例えば、ＲＷチャネル２１が、特定パターンの再生信号を基準パターンに復元するためのデジタルフィルタを有している場合、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、そのデジタルフィルタのタップの補正係数におけるレゾリューション成分の補正値を、クリアランスの特定に使用することができる。
上述のように、ＨＤＤ１の製造におけるテスト工程は、ヒータ・パワーとクリアランスとの関係、温度とクリアランスとの関係、温度補正したＫｇｒａｄとクリアランスとの関係を特定し、それらを表すデータをＨＤＤ１に設定登録する。Ｋｇｒａｄは、温度変化によるクリアランス変化に加え、ＲＷチャネル２１の特性の温度変化によって変化する。Ｋｇｒａｄの温度補正は、これらの変化を合わせて補正する。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、これらの設定データを使用することで、温度センサ１７の検出温度及びＫｇｒａｄの測定値から、適切なヒータ・パワー値を決定することができる。
ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、Ｋｇｒａｄを任意のタイミングでＲＷチャネル２１から取得することができる。しかし、温度と異なり、気圧は動作中に大きく変化するものではなく、典型的には、起動後の気圧は一定である。従って、本形態のＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、起動後の温度変化に応じてヒータ・パワーを制御するが、気圧（Ｋｇｒａｄ）の測定は起動時の初期設定処理（パワーオン・リセット（ＰＯＲ）処理）においてのみ行い、動作中の気圧は起動時の気圧と同じであると仮定してＴＦＣを行う。なお、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ＰＯＲ後の動作中に気圧測定を行い、その変化に応じてヒータ・パワーを制御してもよい。
本形態の特徴的な点は、測定した気圧変化が大きい場合にヘッド・ディスク接触を検証することである。上述のように、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ＰＯＲ処理において、Ｋｇｒａｄと温度センサ１７の検出温度から気圧変化（を表すクリアランス変化）を特定する。デフォルト気圧からの気圧変化が基準内にない場合、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ヘッド・ディスク接触の検証を行う。Ｋｇｒａｄによる気圧変化の測定は、センサほどの正確性と安定性を有してない。このため、Ｋｇｒａｄの変化が大きい場合にその測定結果を検証することで、その後のリード／ライト動作の信頼性を高めることができる。特に、ＰＯＲにおいてのみ気圧測定を行う場合、その後の気圧変化に対するマージンは重要である。また、気圧変化が基準を越える場合にヘッド・ディスク接触の検証を行うことで、検証のためにいたずらに処理時間が増加することを避けることができる。
図３（ａ）は、高度変化（気圧変化）の測定結果とヘッド・ディスク接触の検証との関係を模式的に示す図である。高度の上昇に従い、気圧は低下する。図３（ａ）は、高度、Ｋｇｒａｄの測定値、デフォルトＫｇｒａｄ、ヘッド・ディスク接触の検証を行うか否かを決定する基準範囲Ｋ＿ｃｒｉｔｅｒｉａを示している。示しているＫｇｒａｄは、温度補正された値である。上述のように、デフォルトＫｇｒａｄはテスト工程（ＴＥＳＴ）において特定された値である。図３（ａ）に例示するように、Ｋｇｒａｄは高度（気圧）に完全には追従しない。
最初の３回のＰＯＲにおいて、高度及び測定されたＫｇｒａｄは、基準範囲Ｋ＿ｃｒｉｔｅｒｉａ内にある。従って、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ヘッド・ディスク接触を検証しない。４回目のＰＯＲにおいて、高度Ａ及び測定されたＫｇｒａｄは基準範囲Ｋ＿ｃｒｉｔｅｒｉａを超えている。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、このＰＯＲにおいて、ヘッド・ディスク接触を検証する。その後、５回目のＰＯＲにおいて、高度Ａ及び測定されたＫｇｒａｄは、基準範囲Ｋ＿ｃｒｉｔｅｒｉａ内にある。従って、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ヘッド・ディスク接触を検証しない。
図３（ａ）に示すように、基準範囲Ｋ＿ｃｒｉｔｅｒｉａは、デフォルトＫｇｒａｄの上下に閾値を有していることが好ましい。典型的なデフォルト高度は、海抜０ｍであるが、実際の使用環境では、加圧環境にある、あるいは高度０ｍ以下となることもありうるからである。しかし、設計によって、高度が閾値を超えて上昇する場合のみ、ヘッド・ディスク接触を検証するようにしてもよい。
図４のフローチャート及び図５のブロック図を参照して、本形態の気圧測定及びヘッド・ディスク接触の検証の流れを説明する。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ＰＯＲ処理において、気圧測定を行う。まず、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ヒータ・パワー０において、Ｋｇｒａｄを測定する（Ｓ１１）。具体的には、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、一つのヘッド・スライダ１２を選択し、モータ・ドライバ２２を介してＶＣＭ１５を制御して所定のデータ・トラックにそのヘッド・スライダ１２を移動する。
ヘッド・スライダ１２は、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３の制御下において、アクセス先のデータを読み出す。ＲＷチャネル２１は、ヘッド・スライダ１２のリード信号からＫｇｒａｄを算出し、それをＲＷチャネル２１内のレジスタに格納する。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ＲＷチャネル２１のレジスタにアクセスして、Ｋｇｒａｄを取得する。好ましくは、Ｋｇｒａｄの測定を複数回行い、複数の測定値からクリアランス特定のための値を算出する。好ましい例において、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、複数測定値の平均値を使用する。同じ環境下（気圧や温度）であっても、Ｋｇｒａｄの測定値は測定ごとにばらつきがあるため、複数回の測定結果からクリアランスを特定する方が、正確なクリアランスを特定することができるためである。
Ｋｇｒａｄの測定に使用するデータ・トラックは、Ｋｇｒａｄ測定のための特性の優れたデータ・トラックが好ましい。そのため、ユーザ・データの記録に使用されず、ホスト５１からのアクセスがない領域にあることが好ましい。これにより、オーバーライトを繰り返すことによるデータ・トラックの特性の低下を避けることができる。また、磁気ディスク１１の外側にランプを有するＨＤＤにおいては、ユーザ領域の最内周端よりも内周側にあることが好ましい。ヘッド・スライダ１２がこの領域を通常動作において通過することがないからである。
次に、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、Ｋｇｒａｄからクリアランスを特定する（Ｓ１２）。具体的には、デフォルト条件（例えば、３０℃、１気圧）におけるデフォルトＫｇｒａｄと測定したＫｇｒａｄの差分から、デフォルト・クリアランスからのクリアランス変化量を特定する。クリアランス変化量は、例えば、ヒータ・パワーの値で表すことができる。デフォルトＫｇｒａｄは、温度補正された値であり、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、同様に、Ｋｇｒａｄ測定値を検出温度に従って温度補正する。温度補正されたデフォルトＫｇｒａｄと測定値とを比較することで、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、Ｋｇｒａｄからデフォルト気圧（例えば１気圧）からの気圧変化を特定することができる。
図６は、Ｋｇｒａｄと、クリアランス、ヒータ・パワーそして気圧（高度）との関係を模式的に示している。Ｋｇｒａｄは、温度補正された後の値である。図６に示すように、上記の各値は、互いに線形の関係にある。従って、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、上記いずれかの値から他の値を直接に特定することができ、一つの値が他の値を表すことができる。
上記処理は、ヒータ・パワー０におけるＫｇｒａｄを測定し、その値を検出温度により補正する。しかし、ＴＦＣのデフォルト設定及び検出温度及び半径位置に応じたヒータ・パワー値をヒータ１２４に与えた状態においてＫｇｒａｄを測定してもよい。測定されたＫｇｒａｄに対してチャネル特性の温度変化についての補正を行った値は、気圧変化に対応したＫｇｒａｄの変化を示す。このように、Ｋｇｒａｄの温度補正は、計算のみによること、あるいはＴＦＣによりクリアランス調整することにより行うこともできる。
次に、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、Ｋｇｒａｄから特定したクリアランス変化が、基準範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１３）。クリアランス変化は、例えば、ヒータ・パワー、ナノ・メートルあるいはＫｇｒａｄで表される。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、測定したクリアランス変化と基準範囲の閾値とを比較し、クリアランス変化が基準範囲内である場合（Ｓ１３におけるＹ）、ヘッド・ディスク接触の検証を行うことなく、測定の結果を記録して（Ｓ１６）、気圧測定の処理を終了する。
測定したクリアランス変化が基準範囲をこえる場合（Ｓ１３におけるＮ）、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ヘッド・ディスク接触の検証を行う（Ｓ１４）。本形態のヘッド・ディスク接触の検証処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、温度センサ１７の検出温度と測定したＫｇｒａｄとから、ＴＦＣのデフォルト設定に従ったリード／ライト動作におけるヒータ・パワー値を決定する（Ｓ１４１）。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、予め設定登録されている関数やテーブルなどの制御データから、検出温度とＫｇｒａｄとに対応したデフォルト・ヒータ・パワー値を決定する。
ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、上記デフォルト・ヒータ・パワー値よりも大きなヒータ・パワー値において、ヘッド・ディスク接触を検証する（Ｓ１４２）。図８（ａ）は、デフォルト・ヒータ・パワーＰａにおけるヘッド・スライダ１２を模式的に示し、図８（ｂ）は、ヘッド・ディスク接触の検証のためのヒータ・パワー値Ｐｂにおけるヘッド・スライダ１２を模式的に示している。ヘッド・ディスク接触の検証において、ヘッド素子部１２２が、デフォルト状態よりも突出しており（Ｐｂ＞Ｐａ）、そのクリアランスＣｂが、デフォルト・クリアランスＣａよりも小さくなっている（Ｃｂ＜Ｃａ）。デフォルト状態よりもクリアランスが小さい状態で、接触が検出されるかを確認することで、必要なクリアランアス・マージンが存在しているか適切に特定することができる。
まず、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、Ｋｇｒａｄの測定のために選択したヘッド・スライダ１６（あるいは他のヘッド・スライダ１２）を、アクチュエータ１６を制御して所定のデータ・トラックに移動する。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、デフォルトＴＦＣ設定のヒータ・パワー値よりも大きなヒータ・パワー値を表すデータをＡＥ１３のレジスタに格納する。ＡＥ１３は、そのデータに応じたヒータ・パワーをヘッド・スライダ１２に供給する。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ＡＥ１３を制御して、ヘッド・スライダ１２によって所定データ・セクタへアクセスする。アクセスは、リードあるいはライトのいずれでもよいが、典型的には、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、所定データ・セクタのリードを行う。ヘッド・ディスク接触を検証に使用するデータ・セクタは、ホスト５１がアクセスすることがない領域が好ましい。ホストがアクセスするユーザ・データやサーボ・データの記憶領域ではない領域で接触検知を行うと、データ領域に傷をつけてしまうことを防止できるからである。
ヘッド・スライダ１２と磁気ディスク１１との接触を検出しなかった場合（Ｓ１４３におけるＮ）、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、デフォルトのヒータ・パワー設定値の補正を行うことなく、ヘッド・ディスク接触の検証を終了する。ヘッド・ディスク接触の検出のためのいくつかの方法が知られている。例えば、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、リード信号の振幅、ＶＣＭ電流値、あるいはＳＰＭ電流値などを測定することで、ヘッド・ディスク接触を検出することができる。ヘッド・スライダ１２と磁気ディスク１１との接触を検出した場合（Ｓ１４３におけるＹ）、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、リード／ライト動作におけるヒータ・パワーの設定値を、デフォルト設定値よりも小さくする（Ｓ１４４）。図８（ｃ）は、デフォルト設定値Ｐａよりも少ないヒータ・パワー値Ｐｃにおけるヘッド・スライダ１２を模式的に示している。同一の環境、動作条件において、補正後のヒータ・パワー値Ｐｃはデフォルト設定のヒータ・パワー値Ｐａよりも小さく、補正後のクリアランスＣｃはデフォルト状態のクリアランスＣａよりも大きい。
好ましい例において、デフォルト値からのヒータ・パワー減少量は、接触検証におけるヒータ・パワー増加量と同一である。この効率的な処理により、必要なクリアランス・マージンが存在することを検証すると同時に、必要なマージンが存在しない場合には、ヒータ・パワー値の補正により必要なクリアランス・マージンを確実に確保することができる。本例のＨＤＤ１は起動時のみ気圧測定を行うので、その後のリード／ライト動作におけるヒータ・パワー値は、各温度において、予め設定されているデフォルト設定よりも上記ヒータ・パワー減少量だけ小さくなる。
上述のように、一定クリアランスにおいてヘッド・ディスク接触の検証を行うことが好ましい。クリアランスを変化させてヘッド・ディスク接触の検証を行うことも可能だが、それにより検証のための処理時間が増加する。処理時間を短縮するためには、特定のクリアランスにおいてのみヘッド・ディスク接触の検証ことが好ましい。また、一つのクリアランスのみの検証であっても、十分な信頼性を達成することができる。
ヘッド・ディスク接触の検証（Ｓ１４）が終了すると、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ヘッド・ディスク接触の検証を行うか否かを決定する（Ｓ１３）ための基準範囲の更新処理（Ｓ１５）を行う。ＨＤＤ１が常に高地（低圧）で使用されている場合、ヘッド・ディスク接触の検証を毎ＰＯＲにおいて行うことになる。これは、ＰＯＲの処理時間を著しく増加させる。また、上述のように、ヘッド・ディスク接触の検証をデフォルトＴＦＣ設定によるクリアランスよりも小さいクリアランスで行うと、接触の可能性が大きくなるため、ヘッド・スライダ１２へのダメージも大きくなる可能性がある。基準範囲を更新することで、ＨＤＤ１の使用環境に合わせて、必要な接触検証の回数を少なくすることができる。
この更新処理について、図９のフローチャートを参照して説明する。図４のフローチャートに示すように、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、Ｋｇｒａｄによる気圧変化（クリアランス変化）の測定結果を記録する（Ｓ１６）。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３はこの過去の測定結果を参照して、気圧低下（クリアランスの減少）が基準範囲を越えた回数が所定数に達すると（Ｓ１５１におけるＹ）、この基準範囲を更新する（Ｓ１５２）。所定数に達していない場合（Ｓ１５１におけるＮ）、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は基準範囲を更新しない。
好ましい例において、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、最も近い過去Ｍ回のＰＯＲにおいて、基準範囲を越えた回数がＮ回に達している場合に、基準範囲を更新する。Ｍ及びＮは設計により適切な自然数が選択され、これらが同一の値でもよい。基準範囲の更新方法は、例えば、デフォルトＫｇｒａｄのみを更新する。デフォルトＫｇｒａｄからの基準範囲の境界までの値は、同一とする。あるいは、デフォルトＫｇｒａｄ及び基準範囲の境界の双方を更新してもよい。
図３（ｂ）は、高度変化（気圧変化）の測定結果、ヘッド・ディスク接触の検証そして上記基準範囲の更新との関係を模式的に示す図である。符号の意味は図３（ａ）と同様である。図３（ｂ）の例において、過去３回連続のＰＯＲにおいてＫｇｒａｄが基準範囲を超えると、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、デフォルトＫｇｒａｄを、現在のＫｇｒａｄ測定値に更新する。図３（ｂ）においては、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、５回目のＰＯＲにおいてデフォルトＫｇｒａｄを更新している。また、この例においては、基準範囲の更新は、この１回のみである。
その後のＰＯＲにおいては、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、更新した基準範囲に基づいて、接触検証の有無を決定する。８及び９回目のＰＯＲにおけるＫｇｒａｄ測定値は、テスト工程におけるデフォルト高度に近い値であるが、基準範囲がすでに更新されているため、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ヘッド・ディスク接触の検証を行う。
以上、本発明を好ましい実施形態を例として説明したが、本発明が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。本発明は、ピエゾ素子などのＴＦＣ以外のクリアランス調整機構を有するディスク・ドライブ装置に適用することができる。上述のように、リード信号、特にレゾリューションを使用して気圧変化を測定することが好ましいが、ＳＰＭ電流などの他の動作パラメータを使用して気圧変化を測定してもよい。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ＰＯＲ以外のタイミングで、ヘッド・ディスク接触を検証してもよい。Ｋｇｒａｄの測定位置は、記録面上のいずれの半径位置で行うこともできる。本発明は、リード素子のみを備えるヘッド・スライダを実装するＨＤＤに、あるいは、ＨＤＤ以外のディスク・ドライブ装置に適用してもよい。
１ ハードディスク・ドライブ、１０ エンクロージャ、１１ 磁気ディスク
１２ ヘッド・スライダ、１４ スピンドル・モータ、１５ ボイス・コイル・モータ
１６ アクチュエータ、２０ 回路基板、２１ リード・ライト・チャネル
２２ モータ・ドライバ・ユニット、２３ ハードディスク・コントローラ／ＭＰＵ
２４ ＲＡＭ、３１ ライト素子、３２ リード素子、３２ａ 磁気抵抗素子
３３ａ、ｂ シールド、３４ 保護膜、５１ ホスト、１２１ トレーリング側端面
１２２ ヘッド素子部、１２３ スライダ、１２４ ヒータ、３１１ ライト・コイル
３１２ 磁極、３１３ 絶縁膜
１２ ヘッド・スライダ、１４ スピンドル・モータ、１５ ボイス・コイル・モータ
１６ アクチュエータ、２０ 回路基板、２１ リード・ライト・チャネル
２２ モータ・ドライバ・ユニット、２３ ハードディスク・コントローラ／ＭＰＵ
２４ ＲＡＭ、３１ ライト素子、３２ リード素子、３２ａ 磁気抵抗素子
３３ａ、ｂ シールド、３４ 保護膜、５１ ホスト、１２１ トレーリング側端面
１２２ ヘッド素子部、１２３ スライダ、１２４ ヒータ、３１１ ライト・コイル
３１２ 磁極、３１３ 絶縁膜
Claims (16)
- ディスクにアクセスするヘッドと、
前記ヘッドを保持し、前記ディスク上で前記ヘッドを移動する移動機構と、
前記ヘッドと前記ディスクとの間のクリアランスを調整する調整機構と、
温度センサと、
少なくとも前記調整機構を制御するコントローラと、
を有し、
前記コントローラは、
前記ヘッドが前記ディスクから読み出したリード信号から特定される動作パラメータのデフォルト値からの変化量における温度変化による変化量を前記温度センサの検出温度を用いて補正した後、補正された前記動作パラメータの変化量によりクリアランス変化量を決定し、
前記クリアランス変化量が基準範囲を越える場合にのみ、前記ヘッドと前記ディスクとの接触の検証をし、
前記接触の検証の結果に基づいて、前記クリアランスの調整量を決定し、
前記動作パラメータの変化を複数回測定し、当該複数回の測定結果に基づいて前記クリアランス変化量が前記基準範囲を越えるかを判定する、
ディスク・ドライブ装置。 - 前記動作パラメータは、前記ヘッドが前記ディスクから読み出したリード信号の振幅から決定されるパラメータである、
請求項１に記載のディスク・ドライブ装置。 - 前記動作パラメータは、前記ヘッドが前記ディスクから読み出したリード信号の異なる周波数成分の比率から決定されるパラメータである、
請求項１に記載のディスク・ドライブ装置。 - 前記コントローラは、前記接触の検証をする際のクリアランスを、決定した前記クリアランス変化量に対応するデフォルト設定のクリアランスよりも小さくなるように前記調整機構を制御する、
請求項１に記載のディスク・ドライブ装置。 - 前記コントローラは、前記調整機構による一定調整クリアランス量において前記接触の検証を行う、
請求項４に記載のディスク・ドライブ装置。 - 前記コントローラは、前記接触の検証において接触を確認した場合、決定した前記クリアランス変化量に対応するデフォルト設定のクリアランスよりもクリアランスが高くなるように前記調整機構を制御する、
請求項１に記載のディスク・ドライブ装置。 - 前記コントローラは、前記接触の検証において接触を確認すると、前記デフォルト設定のクリアランスよりもクリアランスを高くし、前記クリアランスを前記デフォルト設定よりも高くする量が、前記接触の検証において前記クリアランスを前記デフォルト設定よりも小さくする量と同じになるように前記調整機構を制御する、
請求項４に記載のディスク・ドライブ装置。 - 前記コントローラは、前記接触の検証を行うか否かを決定する前記クリアランス変化量の基準を、前記クリアランス変化量が前記基準範囲を越えた回数に基づいて変更する、
請求項１に記載のディスク・ドライブ装置。 - ディスク・ドライブ装置におけるクリアランス調整方法であって、
温度センサにより温度を検出し、
ディスクにアクセスするヘッドが前記ディスクから読み出したリード信号から特定される動作パラメータのデフォルト値からの変化量における温度変化による変化量を前記検出温度を用いて補正した後、補正された前記動作パラメータの変化量によりクリアランス変化量を決定し、
前記クリアランス変化量が基準範囲を越える場合にのみ、前記ヘッドと前記ディスクとの接触の検証をし、
前記接触の検証の結果に基づいて、前記クリアランスの調整量を決定し、
前記動作パラメータの変化を複数回測定し、当該複数回の測定結果に基づいて前記クリアランス変化量が前記基準範囲を越えるかを判定する、
方法。 - 前記動作パラメータは、前記ヘッドが前記ディスクから読み出したリード信号の振幅から決定されるパラメータである、
請求項９に記載の方法。 - 前記動作パラメータは、前記ヘッドが前記ディスクから読み出したリード信号の異なる周波数成分の比率から決定されるパラメータである、
請求項９に記載の方法。 - 前記接触の検証をする際のクリアランスを、決定した前記クリアランス変化量に対応するデフォルト設定のクリアランスよりも小さくする、
請求項９に記載の方法。 - 前記一定調整クリアランス量において前記接触の検証を行う、
請求項１２に記載の方法。 - 前記接触の検証において接触を確認した場合、決定した前記クリアランス変化量に対応するデフォルト設定のクリアランスよりもクリアランスを高くする、
請求項９に記載の方法。 - 前記検証において接触を確認すると、前記デフォルト設定のクリアランスよりもクリアランスを高くし、
前記クリアランスを前記デフォルト設定よりも高くする量は、前記接触の検証において前記クリアランスを前記デフォルト設定よりも小さくする量と同じである、
請求項１２に記載の方法。 - 前記接触の検証を行うか否かを決定する前記クリアランス変化量の基準範囲を、前記クリアランス変化量が前記基準範囲を越えた回数に基づいて変更する、
請求項９に記載の方法。
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